隧道穿越大型溶洞的結構選型與優(yōu)化技術研究.pdf

1、陸家寨隧道位于貴州省福泉市甕安縣平定營鎮(zhèn)及銀盞鄉(xiāng)境內(nèi)，中心里程DK52+665，全長4430m，最大埋深約125m，據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查資料，于線路DK50+790至DK50+816.9處發(fā)育推測暗河通道，線路橫穿暗河通道，隧道標高位于暗河標高范圍內(nèi)，推測隧道位于暗河通道水平循環(huán)帶或季節(jié)變動帶，隧道施工存在一定的安全隱患。隧道穿越大型溶腔是隧道開挖從一種應力場進入大型溶腔影響范圍內(nèi)的應力場的過程，而巖溶地區(qū)特有的大型溶蝕性空腔在地下有著特殊的

2、應力場分布形式，溶腔周圍應力場、塑性區(qū)、應力集中區(qū)分布均會有較大的差異，再加上工程地質(zhì)與水文地質(zhì)的復雜多變，探明溶蝕性空腔周圍受力形式顯得格外困難。
　　本文主要以圍巖本身為研究對象，利用彈塑性力學相關理論和數(shù)值模擬的方法，對溶腔圍巖的受力形式、隧道開挖接近大型溶腔的圍巖力學響應，以此為基礎，給出溶腔對周圍巖體的影響范圍，指導施工。主要研究內(nèi)容和結論如下:
　　(1)在一定的巖體參數(shù)范圍內(nèi)利用已有的等應力比下深埋球形洞室彈塑

3、性解答對深埋球形洞室的受力特性、塑性區(qū)分布進行分析，利用FLAC3D對深埋球形洞室在不等應力比下的受力特性、塑性區(qū)分布進行分析，擬合了塑性區(qū)長軸與彈塑性解析解的關系，從而得出了一定參數(shù)條件下，深埋球形洞室在不等應力比下的橢球塑性區(qū)長軸的估算改進公式。同時，還根據(jù)洞室的受力特征，提出了方形洞室的最小截面包圍圓的塑性區(qū)長軸近似計算辦法。
　　(2)利用FLAC3D建立了隧道穿越大型溶腔的三維數(shù)值模型，圍巖的變形特性進行了深入研究，總結

4、了隧道接近大型溶腔時圍巖空效應曲線的變化規(guī)律。結合隧道與溶腔的周圍應力場及塑性區(qū)的分布，確定了隧道縱向開挖斷面引起塑性區(qū)與溶腔的塑性相接處，是產(chǎn)生較大變形的位置。隧道開挖通過溶腔應力集中區(qū)后，進入應力松弛內(nèi)部區(qū)域，圍巖的變形將逐步減小，周圍應力集中區(qū)向外側偏移。
　　(3)以新奧法開挖理論為基礎，結合溶腔影響范圍內(nèi)隧道開挖經(jīng)過的地應力區(qū)域的變化，對隧道穿越大型溶腔地區(qū)結構進行適應性的優(yōu)化，對施工過程中維護巖體的穩(wěn)定提出了掌子面預加